基于UWB雷达感知的两轮电动车智能感应方法及系统与流程

本发明涉及超宽带近场雷达感知，具体涉及基于uwb雷达感知的两轮电动车智能感应方法与系统。

背景技术：

1、目前，在两轮电动车智能化感知领域中，坐垫占用检测与哨兵防盗通常采用压力传感器、红外传感器或相互独立的检测模块。然而，现有方案存在易受静物误触发、无法区分活体与行李、多传感器成本高以及难以区分持续在场目标与过路干扰等问题。例如，仅依据反射能量强弱的坐垫检测会将放置于坐垫上的箱子误判为有人落座而导致误通电；仅依据运动检测的哨兵防盗则容易因过路行人造成频繁误报。因此，急需一种能够复用统一硬件与统一信号处理链路、且能可靠区分活体与静物的整体感应方案。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的多传感器成本高且无法在同一硬件基座上可靠区分活体与静物及过路干扰的问题，本发明旨在提供一种基于uwb雷达感知的两轮电动车智能感应方法及系统，实现基于统一信号处理链路的坐垫活体占用检测和/或驻车警戒检测。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于uwb雷达感知的两轮电动车智能感应方法，包括在两轮电动车的车头、车座和车尾分别部署有uwb感知天线，其特征在于，该方法基于uwb感知数据的处理过程包括：

4、（1）获取uwb感知天线采集的uwb复数信道冲激响应cir；

5、（2）通过统一信号处理链路对uwb复数信道冲激响应cir进行处理，所述统一信号处理链路依次执行杂波抑制去直流、距离-多普勒图生成以及卡尔曼滤波跟踪，得到目标感知数据，具体包括：

6、（21）基于背景估计从所述uwb复数信道冲激响应cir中去除静态杂波，得到复数相位响应cpr；所述复数相位响应cpr是指经杂波抑制去直流后仍保留收发双程传播相位信息的复数信道响应；

7、（22）对所述复数相位响应cpr进行动目标显示去慢时间均值、加窗及沿慢时间做快速傅里叶变换，生成距离-多普勒图；

8、（3）基于所述目标感知数据，执行坐垫活体占用检测和/或驻车警戒检测。

9、上述方案通过在车头、车座和车尾分区部署uwb感知天线并共用统一的统一信号处理链路，实现了整车感知硬件的复用与多功能协同，避免了多套独立传感器带来的成本冗余，同时利用统一的杂波抑制、距离-多普勒图生成及卡尔曼滤波跟踪流程，为坐垫活体检测与哨兵防盗提供了稳定可靠的数据基础。

10、进一步地，步骤（21）的实施包括采用以下至少一种方式：

11、采用指数移动平均递归背景估计，计算公式为以及，其中为第帧的背景估计值，为上一帧的背景估计值，为指数移动平均平滑系数，为第帧的原始uwb复数信道冲激响应，为去直流后的复数相位响应；

12、采用二阶巴特沃斯高通滤波器的直接ii型转置结构，计算公式为：

13、，，；

14、其中、、为分子系数，、为分母系数，为输入的uwb复数信道冲激响应，、为状态变量；

15、采用块式覆盖均值法或起始n帧固定背景法，计算公式为以及，其中为背景估计值，为起始固定帧数， 为第帧的原始uwb复数信道冲激响应，为去直流后的复数相位响应；

16、步骤（22）生成所述距离-多普勒图，包括：

17、对去直流后的复数相位响应cpr加hamming窗并沿慢时间做n点快速傅里叶变换，经将零频分量重排至频谱中心使速度轴含正负号，置零近端距离单元与零速直流带后在距离门内取能量主峰。

18、进一步地，步骤（3）具体包括：

19、（31）对坐垫距离区间覆盖的每一个距离单元的复数相位响应cpr独立运行相位带通滤波与滑窗均方根计算；

20、（32）根据每个距离单元的滑窗均方根与过零率对应的每分钟次数，将所述距离单元判别为呼吸状态、区内运动状态或空座与静物状态之一，具体是：

21、当滑窗均方根介于呼吸下阈与运动上阈之间且每分钟次数落在设定范围内时，判定为呼吸状态；当滑窗均方根大于运动上阈时，判定为区内运动状态；其余判定为空座与静物状态；

22、在呼吸候选距离单元中选取滑窗均方根最大者作为呼吸源距离单元，采用连续超阈帧计数确认有呼吸、连续欠阈帧计数确认无呼吸进行去抖；

23、在呼吸源距离单元上由两个接收阵元的相位差提取方位角，其中为方位角，为两阵元间的相位差，为两阵元间距，为波长，仅当方位角绝对值不大于设定门限时判定为落座活体；

24、结合所述距离-多普勒图与卡尔曼滤波跟踪得到的目标作为辅助，当坐垫距离区间内存在静止辅助目标但无呼吸且无运动时判定为疑似物体；占用判决采用空置态、占用态、疑似物体态三态状态机，进入占用态以有呼吸且方位达标持续设定帧数为准，进入空置态要求呼吸、运动、辅助目标三者全无并持续设定帧数。

25、进一步地，步骤（3）对于坐垫活体占用检测还包括执行如下通断电控制：获取坐垫距离区间内各距离单元的复数相位响应cpr幅值之和作为占用判决量；对占用判决量进行空间合并与时间指数平滑；采用起始若干帧固定背景法去直流实现空座自标定，使空座时幅值和趋近于零；以迟滞双阈值加去抖状态机判定通电或断电。

26、进一步地，步骤（3）对于驻车警戒检测还包括执行如下报警控制，包括响应于设防触发条件，进入设防状态；当人进入检测范围后启动跟踪波门，跟踪波门中心随卡尔曼滤波跟踪的距离估计按指数平滑跟随；仅在跟踪波门邻域内进行搜峰，当所述跟踪波门内目标持续在场累积达到设定阈值时触发报警。

27、进一步地，所述方法中，当在跟踪波门内目标静止时，在所述跟踪波门内目标所在距离单元并行提取时域呼吸信号作为在场为活体的佐证；

28、所述提取时域呼吸信号包括：取距离单元复数相位响应cpr的相位并连续相位展开，经呼吸频带带通滤波得到呼吸时序；

29、计算滑窗均方根以判定有无呼吸，并以呼吸时序的过零率换算呼吸率，其中为呼吸频带带通滤波运算，为该距离单元复数相位响应cpr的相位时序，为滑窗标准差运算，为滑窗内过零次数，为滑动窗时长。

30、基于上述方案的实施，本发明还提供一种两轮电动车uwb智能感应系统，该系统包括：

31、天线阵列模块，包括部署于两轮电动车的车头、车座和车尾的uwb感知天线，所述uwb感知天线包括全向天线与定向天线；

32、统一信号处理单元，配置为获取所述uwb感知天线采集的uwb复数信道冲激响应cir，并依次执行杂波抑制去直流、距离-多普勒图生成以及卡尔曼滤波跟踪，得到目标感知数据；

33、感知执行模块，配置为基于所述目标感知数据，执行坐垫活体占用检测和/或驻车警戒检测。

34、第三方面，基于上述方法和系统的应用，本发明还提供一种两轮电动车，基于车体部署有所述的两轮电动车uwb智能感应系统；其中，所述天线阵列模块按全向天线与定向天线分区部署于所述车体的车头、车座与车尾；其中，所述全向天线部署于车座，所述定向天线分别部署于车座坐垫下方、车头与车尾，所述坐垫下方的定向天线波束朝上指向坐垫上方。

35、进一步地，全向天线还复用于接近迎宾唤醒、离车自动落锁与下车提醒、车辆被撞或被移动报警与周界警戒、寻车声光提示中的至少一种；

36、坐垫下方定向天线还复用于遗留物或儿童遗留提醒、载人与载物状态区分、单人或双人乘坐识别、骑行者在位或坐姿监测中的至少一种；

37、车头定向天线还复用于手势密码解锁与非接触功能控制中的至少一种；

38、车尾定向天线还复用于倒车或挪车辅助、后方盲区提醒、跟车距离监测中的至少一种。

39、有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于uwb雷达感知的两轮电动车智能感应方法、系统及车辆，通过构建全向与定向天线分区布局并复用统一uwb统一信号处理链路，在一套硬件架构上实现了多种感知功能的协同与扩展，显著降低了整车智能感知的硬件成本与维护复杂度。在坐垫活体检测方面，通过对坐垫距离区间内每一个距离单元独立进行相位带通滤波与滑窗均方根计算，并结合过零率与方位角校验，能够从物理层面精准提取人体呼吸微动特征，有效区分活体与箱子、行李等静物，从根本上解决了传统反射能量法易受静物误触发导致误通电的技术难题；同时，配合三态状态机与辅助目标跟踪机制，进一步提升了落座判定的鲁棒性，避免了因呼吸检出瞬时丢失而导致的误上锁。在哨兵防盗方面，采用随卡尔曼滤波距离估计指数平滑跟随的动态跟踪波门，并基于波门内目标持续在场累积时间触发报警，能够有效滤除过路行人等瞬时干扰造成的误报，显著提升防盗看护的准确性；此外，在目标静止时并行提取时域呼吸信号作为活体佐证，在不增加报警判定计算开销的前提下，增强了系统对真实威胁的识别置信度。